W. v. d. Heyde – Alumiinivanteiden vuototestaus
IO-Link-liitäntä auttaa alumiinivanteiden vuototestauksessa
Jos auton renkaasta vuotaa ilmaa, useimmat meistä luonnollisesti olettavat, että rengas on puhki, ja syystäkin. Mutta vain harvat tietävät, että myös vanteet voivat vuotaa ilmaa. Tämä johtuu siitä, että vanteita valmistettaessa nestemäinen kevytmetalli kaadetaan muottiin ja tämän prosessin aikana voi syntyä hienoja hiushalkeamia tai reikiä, joiden kautta ilma voi päästä myöhemmin ulos. Tämän vuoksi alumiinivanteiden valmistajat tarkastavat vanteet perusteellisesti vuotojen varalta ennen niiden markkinoille tuontia.
W. v. d. Heyde, keskisuuri perheyritys Saksan Stadesta on erikoistunut teollisten vuodontunnistuslaitteiden valmistukseen autoteollisuuden tarpeisiin. Toimitusjohtaja Gerald Lüdolph selittää: ”Meillä on tällä hetkellä noin 90 työntekijää, ja suunnittelemme ja valmistamme räätälöityjä ratkaisuja vuotojen testaukseen testikaasun ja tyhjiön avulla. Asiantuntemuksemme juontaa juurensa 1990-luvun puoliväliin, jolloin aloitimme alumiinivanteiden vuodontunnistuslaitteiden kehittämisen. Nykyään toimitamme tuotteitamme ympäri maailmaa ja olemme vakiinnuttaneet asemamme tällä alalla maailman markkinajohtajana.”
Testimenetelmä
Vuodontunnistuslaitteet perustuvat tyhjiötekniikkaan ja kaasun ruiskutukseen. Vuototestausta varten vanne suljetaan molemmilta puolilta kumilevyllä ja kannella. Sen jälkeen vanteen ulko- ja sisäpuolelle luodaan tyhjiö tyhjiöpumpuilla. Lopuksi vanteen tiivistetylle ulkopuolelle johdetaan testikaasua. Tähän tarkoitukseen käytetään yleensä heliumia, koska se on erityisen tehokas pientenkin vuotojen tunnistuksessa.
Vanteen ulko- ja sisäpuolen välisen paine-eron vuoksi heliumkaasuseos tunkeutuu mahdollisten huokosten tai kapillaarien läpi vanteen sisäalueelle. Heliumpitoisuus mitataan sieltä erittäin tarkalla massaspektrometrillä. Alumiinivanne katsotaan tiiviiksi, kunhan se ei ylitä tiettyä raja-arvoa, muussa tapauksessa se hylätään.
Ennen kuin vanne hyväksytään, heliumtestikaasuseos imetään pois ja otetaan talteen. ”Tämän prosessin ansiosta voimme tarjota asiakkaillemme hyvää kustannustehokkuutta, koska käytettyä testikaasua ei päästetä ilmaan vaan se kierrätetään”, sanoo Jens Westmeier, von der Heyden mekaanisen suunnittelun tiimipäällikkö.
Kuva 1: Alumiinivanteet tarkastetaan vuotojen varalta tyhjiöteknologiaa käyttäen.
Kuva 2: W. v. d. Heyden vuodontestauslaitteisto.
Kuva 3: Virtausanturit tunnistavat sekä paineilman että heliumtestikaasuseoksen.
Koneen uudelleensuunnittelu
Aiemmin vuototestaus ja testikaasun käsittely tapahtuivat koneen erillisissä osissa. Uudelleensuunnittelun myötä tämä on muuttunut perusteellisesti.
”Uudelleensuunnittelun päätavoitteena oli luoda kahdesta erillisestä koneesta yksi kone. Näin voimme pienentää tilantarvetta ja tarjota asiakkaillemme kompaktin ratkaisun, joka sisältää kaikki tarvittavat toiminnot, jotka aiemmin suoritettiin kahdella koneella. Tämä säästää paljon tilaa asiakkaan tuotantohallissa”, Jens Westmeier sanoo.
Automatisointi IO-Link-liitännän avulla
Uudelleensuunnittelun yhteydessä anturitaso toteutettiin kokonaan IO-Link-teknologialla, joka tarjoaa monia etuja. Ohjausteknologiasta vastaava Joost Bochynski selittää: ”Käytämme monenlaisia ifm-antureita, kuten optoelektronisia, virtaus- ja paineantureita. IO-Link-liitännän ansiosta voimme analysoida näitä antureita optimaalisesti ja saada runsaasti dataa, jota ei ollut aiemmin saatavilla. Yksi esimerkki on SD-virtausanturi, josta käytämme useita versioita: SD6500 paineilmalle, SD6600 muodostuskaasulle ja SD6800 heliumille. Antureiden avulla voimme määrittää kulutustrendejä, mikä ei olisi mahdollista tällaisella tarkkuudella ilman IO-Link-teknologiaa. Anturilta saatavien kattavien tietojen ansiosta voimme kerätä ohjausjärjestelmään tietoja päivittäisestä, viikoittaisesta ja kuukausittaisesta kulutuksesta, tarjota asiakkaillemme tietoa tärkeistä trendeistä ja tunnistaa konelinjojen sisäiset vuodot. Tämä tuo asiakkaillemme lisää kustannussäästöjä. Tehokkuus ja laatu ovat parantuneet huomattavasti käyttämällä IO-Link-antureita analogisten signaalien sijasta. Voimme nyt selvittää paljon tarkemmin, onko anturissa, esimerkiksi paineanturissa, jokin ongelma vai toimiiko se luotettavasti. Diagnostiikkamahdollisuutemme eivät olleet ennen yhtä kattavat, mikä tarkoitti, että automatisointi oli paljon vaikeampaa. IO-Link-liitäntää hyödyntävän diagnostiikkatoiminnon ansiosta voimme pysäyttää prosessin ajoissa ja välttää kalliit seurannaisviat.”
Analogisten antureiden liittäminen IO-Link-liitännän kautta
Myös 4...20 mA lähdöllä varustetut perinteiset analogiset anturit voidaan integroida saumattomasti IO-Link-infrastruktuuriin DP2200-konvertteripistokkeen avulla. Yksi esimerkki tästä ovat tyhjiöpumput, joissa käytetään analogisella virtalähdöllä varustettuja huipputarkkoja absoluuttisen paineen lähettimiä (PT0505). Konvertteripistoke integroi nämä anturit digitaalisesti IO-Link-infrastruktuuriin ja yhdistää ne ohjausyksikköön.
Kuva 1: Kaikki anturit ja toimilaitteet kommunikoivat koneen ohjausjärjestelmän kanssa IO-Link master-moduulien kautta.
Kuva 2: Myös turvallisuuteen liittyvät toiminnot voidaan toteuttaa käyttämällä erityisiä IO-Link-mastereita.
Turvatoiminnot IO-Link-liitännän kautta
Myös turvallisuuteen liittyvät signaalit voidaan siirtää IO-Link-liitännän kautta. W. v. d. Heyde käyttää ifm:n AL200S PROFIsafe IO-Link-moduulia.
Thorben Reyelt, sähkötekniikan tiimipäällikkö: ”Olemme integroineet AL200S IO-Link-moduulin koneeseen, jotta voimme pysäyttää toimilaitteiden liikkeen turvallisesti. Tämä tarkoittaa, että koneemme pysyy turvallisessa tilassa ja pysähtyy, kun ovi on auki. Käyttäjän turvallisuus on taattu, koska koneessa ei voi tapahtua minkäänlaisia liikkeitä tässä tilassa. Se on erityisen tärkeää huoltotöitä tehtäessä tai järjestelmän prosesseja tarkastettaessa.”
PROFIsafe IO-Link -moduulissa on turvallisuuteen liittyviä digitaalisia tuloja ja lähtöjä, joita voidaan käyttää esimerkiksi turvallisten mekaanisten koskettimien, toimilaitteiden tai OSSD-antureiden liittämiseen. Sitä ohjataan PROFIsafe-viestillä, joka tunneloidaan IO-Link-liitännän kautta. AL200S-moduuliin kuuluu kahdeksan digitaalista tuloa ja neljä digitaalista lähtöä, joista jälkimmäisten maksimikuormitettavuus on 2A.
Tilanosoitus
Testausjärjestelmän tila ilmaistaan selvästi optisilla signaaleilla. Testialue on varustettu värillisillä LED-valoilla, jotka palavat valkoisina järjestelmän käyttöönoton aikana. Kun vannetesti on suoritettu, LED-väri vaihtuu näkyvästi vihreäksi tai punaiseksi testituloksesta riippuen.
Lisäksi koneen ja testin tila näytetään väreillä koneen katolla sijaitsevan 3-segmenttisen LED-valotornin avulla. Valotornia voidaan myös ohjata kätevästi IO-Link-liitännän kautta.
Lisäksi W. v. d. Heyde hyödynsi yhtä valotornin erityisominaisuutta: Jos virtausanturit havaitsevat vuodon järjestelmän putkissa, vuodon löytämiseen käytetään vuotoilmaisinta, jota käyttäjä ohjaa manuaalisesti putkia pitkin. Vuotoilmaisimen mittaussignaali ohjaa valotorniin integroidun summerin äänenvoimakkuutta 0–100% alueella IO-Link-liitännän kautta. Mitä lähemmäksi ilmaisin siis pääsee vuotokohtaa, sitä voimakkaammaksi summerin äänisignaali muuttuu. Tämän akustisen palautteen ansiosta käyttäjä voi paikantaa koneen vuodot nopeasti ja helposti myös meluisissa tuotantoympäristöissä.
IO-Link-liitännällä varustettu LED-valotorni näkyy selvästi pitkältäkin etäisyydeltä, ja sen ominaisuuksiin kuuluu integroitu summeri.
Yhteenveto
Siirtymällä IO-Link-pohjaiseen teknologiaan W. v. d. Heyde pystyi parantamaan alumiinivanteiden vuototestausprosessia merkittävästi. IO-Link-liitännän integrointi anturitasolle ei ainoastaan tehosta perinteisten antureiden käyttöä, vaan myös turvallisuuteen liittyvät signaalit voidaan siirtää turvallisesti. Mahdollisuus ilmaista sekä koneen että testin tila visuaalisesti ja akustisesti parantaa käyttäjäystävällisyyttä ja auttaa tunnistamaan ongelmat nopeasti. W. v. d. Heyden käyttämä IO-Link-teknologia mahdollistaa kaiken kaikkiaan alumiinivanteiden tarkemman, tehokkaamman ja turvallisemman vuototestauksen, mikä johtaa viime kädessä tuotannon laadun ja kustannustehokkuuden paranemiseen.
